喷水池控制系统设计

朱磬鼎 吉同舟

摘要：为了更加快捷、可靠、简单的喷水池装置的喷水，本文利用可编程控制器技术即PLC设计了梯形图程序来实现喷水池控制系统的设计，采用MELSOFT FX TRAINER进行仿真调试，仿真结果符合预期的设计要求。此外， 通过改写喷水池控制装置的程序， 还可以实现多种需求的喷水效果，通过PLC设计的控制系统简单易懂，可靠性很高，在实际喷水池应用中具有一定的推广意义。

关键词：PLC;喷水池控制;实际应用

0 引言

随着科技的发展与社会的进步，人们对生活的需求也日益增长了起来，精神上的需求与物质上的需求催生了现代化景观的诞生;喷水池便是其中之一。综合考虑喷水池控制系统的简洁性和可靠性是设计的前提，因此，虽然控制喷水池的方法很多，但其中最为便利的方法之一便是用兼具简单可靠等优点的PLC来实现。

1 设计功能要求

花式喷水池喷嘴的布局示意图如图1所示。图中1、2、3、4分别为外环形状喷水管、中环形状喷水管、内环状喷水管、中间喷水管。喷水池设有4个开关，分别为启动开关、停止开关、模式选择开关、单步/连续开关;其中单步/连续开关导通时对应着单步，关断时对应着连续;模式选择开关关断时对应着模式1，导通时对应着模式2。

控制系统需要满足的要求有：（1）喷水装置的启动和停止由启动按钮和停止控制。由模式选择开关和单步/连续开关来决定工作方式。（2）单步/连续开关导通和关断分别对应着喷水设备单循环和无限循环的工作模式（3）喷水池的喷水模式由模式开关决定。当模式选择开关关断时，即处在模式1的情况下，喷水池在启动按钮的控制下开始工作，中间喷水管、内环状喷水管、中环形状喷水管、外环形状喷水管依次喷水2秒，然后停止1秒，紧跟着所有喷水管一起喷水5秒，这一工作过程为一个循环。当模式选择开关导通时，即处在模式2的情况下，按下启动按钮后，外环形状喷水管和内环状喷水管同时工作，喷水3秒（此时另外两个喷水管不工作），接着中环形状喷水管和中间喷水管同时工作，喷水3秒（此时另外两个喷水管不工作）;交替运行5伺候，4个喷水管同时工作，喷水5秒，这一工作过程为一个循环（4）按下停止按钮时，不论喷水池处于何种工作状态下，都会立即停止工作。

2 硬件设计

（1）PLC选型：在满足输入输出点数，并留有10%的备用量的情况下，可选用小型PLC，并不要求较大的控制系统。对于存储器（用户程序）的容量，一般粗略为（40+3）×（10～12）=430～516的指令步数。由于程序有四个输出，四个输入，因此本应选择FX-16MR-001，该型号输出输入都为8个，足够满足设计要求且留有充足裕量;但由于教学软件的限制需要使用X25输入口，故在本课题中选取FX2N-48MR-001满足控制要求，且留有一定余量。

（2）输入输出分配表如表1

（3）PLC的I/O接线图如图2

3 软件设计

（1）考虑到启动按钮和停止按钮按下时，喷水装置会立即开始工作和停止工作。故可设一锁存来锁存启动输入X20使得M100存储输入信号，并且通过常闭开关X21来中断锁存。由模式选择开关X24和单步/连续开关X25来决定工作模式。

（2）单步/连续开关控制喷水装置是工作在单循环状态还是反复循环状态下。故可使用开关X25常开联通支路来中断输入M100来实现单步;若为连续则开关X25常闭支路中断进行正常的循环。

（3） 模式选择开关控制下的喷水设备工作模式：

a）模式选择开关X24关断时，即处在模式1的工作状态下时，第一个来回可设6个定时器T0、T1、T2、T3、T4、T5让喷水圈按照顺序运作并设置喷水时间，在此之后根据单步/连续开关X25的开闭来决定输入信号的延续;也以此决定了循环的延续中止。

b）模式选择开关X24为导通时，即处在模式1的工作状态下时，与模式1流程基本相似，但由于是多圈齐喷故只需一个输出信号给多个圈即可，故设置3个定时器T6、T7、T8来控制喷泉顺序与1个记次器C0来记录交替次数;本设计利用2、4号灯的关闭来作为次数标准，即收到三次控制2、4号灯开关输出信号的下降沿信号便满足五次交替运行完成，进入下一步齐喷5s。单步/连续开关X25在此模式中则是用来决定是否中止清零记次器C0。常闭为连续，故设置常闭开关X25，当定时器T8开时X25常闭开关接通清零C0命令以此来保证循环正常运行（详情请见程序分析）。

（4） 不论在什么工作方式，按下停止按钮X21，喷水池立即停止工作。X21开关控制着输入信号能否正常锁存，若无输入信号则所有循环停止;同时X21也有复位记次器C0的指令。

3 仿真结果

本次设计用了MELSOFT FX TRAINER进行软件仿真。仿真时用了4个输入，4個输出。仿真结果完全可以满足设计要求，仿真如图4所示。模式一中（上两张），按下启动按钮（输入X020）后，4号（输出Y003）喷水2s，再3号（输出Y002）喷水2s，再2号（输出Y001）喷水2s，再1号（输出Y000）喷水2s，然后全部停止1s，接着一起喷水5s，为一个循环。模式二中（下两张），按下启动按钮（输入X020）后，1、3号喷水圈（Y000，Y002）同时喷水3S（此时2、4号喷水圈不喷水）后，2、4号喷水圈（Y001，Y003）同时喷水3S（此时1、3号喷水圈不喷水）;以此模式运行5次后，所有喷水设备同时喷水5秒，这一工作过程为一个循环。

4 结论

设计的喷水池控制以三菱公司芯片为核心，利用经验编程法以梯形图为基础设计出能够控制喷水池轮流喷水的程序以及电路。PLC控制简单易学易操作，有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高和抗干扰能力强等特点，而一般纯电路的实现方法需要考虑一些通讯干扰等问题，并且设计麻烦、更改耗时、操作困难，故PLC控制系统的出现必定会拓宽喷水池控制的市场。

参考文献

[1]张晓锋， 张静.电气控制与可编程控制技术及应用[M].北京：国防工业出版社， 2010.

[2]史国生.电气控制与可编程控制技术[M].北京：化学工业出版社， 2004.

[3]范次猛.PLC编程与应用技术.华中科技大学出版社， 2015.

第一作者：朱磬鼎，2000.10，男，汉族，江苏苏州，南京师范大学本科在读，

通讯作者：吉同舟，1962年5月，男，汉族，江苏盐城人，本科，高级实验师，研究方向工业电气自动化